Schritt 9: Schaltungsbeschreibung - analoges Frontend
Erstens ist das eingehende Signal um den Faktor 4 abgeschwächt. Dadurch erhöht sich die maximale Spannungsbereich bis 20V. Da die nachfolgenden Schaltungen mit negative Spannung (die Schaltung einfach zu halten, der Rahmen hat nur eine einzige + 5V Versorgung und keine negative Versorgungsspannung) umgehen können, die einzige Möglichkeit, negative Signale zu messen ist es, ihnen Hochschalten mit einem programmierbaren Offset-Spannung von einem Digital-Analog-Wandler zur Verfügung gestellt (siehe nächste Seite). Auf diese Weise den Anwendungsbereich können Spannungen zwischen - 12V und + 20V max.
Die beiden Dioden fungieren als Eingangsschutz, clipping keine Signale zu den Vorverstärker, die entweder überschreiten + 5V oder 0V durch mehr als eine Diode fallen.
Der Vorverstärker OP1, einen Mikrochip MCP6022 produziert zwei gepufferte Kopien des Eingangs-signal, eine
gewinnen Sie mit 1, eins mit plus 10, die durch die nachfolgende Stufe ausgewählt werden können. Neben der Verstärkung (Gain = 10 Version), diese Pufferung ist auch notwendig, da die folgende Etappe nicht freundlicherweise auf eine Eingangsschaltung mit zu hochohmig reagiert (d. h. zu wenig fahren Stärke) - wilde Schwingungen wäre die Folge (ich musste dies experimentell auszuprobieren, und in der Tat sehr "interessant", aber nicht wirklich brauchbar Verhalten war das Ergebnis). Die MCP6022 hat ein Gain-Bandbreite-Produkt von 10 MHz, so einen Gewinn von 10 etwa 1 MHz Bandbreite - mehr als ausreichend, wir erwarten können weil uns unsere Sample-Rate bereits auf weniger begrenzt.
Die Eingangsimpedanz der unsere - durch die Eingabe Dämpfungsglied bestimmt - Oszilloskop ist 133 kOhm. Ich würde gerne es machen 1 MOhm, so man standard 01:10 verwenden konnte-Sonden, die diese Impedanz zu arbeiten, brauchen aber die Eingabe Kapazität der OP1 ist zu hoch - macht die Eingabe Dämpfungsglied Widerstand zu groß begrenzt die Bandbreite zu viel. In meinen Experimenten 1 MOhm Teiler führte eine Schlappe 60 kHz Bandbreite, während der vorliegende Entwurf rund 400 kHz bietet (entspricht schön die Sample Rate Beschränkung - siehe Nyquist Theorem!). Zumindest können Sie noch eine Standardsonde 1:1, und in jedem Fall würde ich nicht empfehlen, dieses Design Spannungen größer als 20V zuweisen. (Hinweis: vor kurzem entwarf ich eine einfache Kompensationsschaltkreis, die es 1 MOhm Impedanz sowie höhere Bandbreite (1 MHz ermöglicht) - siehe nächster Schritt für weitere Details).
Die zweite Etappe unserer Signalkette ist ein programmierbarer Gain-Verstärker (PGA). Ich entschied mich für den Mikrochip-MCP6S22, ein Gain-Bandbreite-Produkt von bis zu 12 MHz (wieder, mehr als genug) und wählbaren Gain-Einstellungen von 1, 2, 4, 5, 8, 10, 16 und 32. Die höheren gain-Einstellungen recht anfällig für Schwingungen herausstellte (Datenblatt warnt bereits vor, die, aber ich musste noch versuchen:-), so dass deshalb meine Design verwendet nur gewinnt bis zu 10. Zusammen mit dem Vorverstärker und die Dämpfer, die insgesamt gewinnen Sie reichen von 0,25 bis 25, für die meisten Anwendungen ausreichend. Und das beste ist, gibt es keine beweglichen Teile (z.B. Relais)! Die PGA hat zwei wählbare Eingänge, die ich verwenden, um zwischen den beiden Kopien des vorverstärkt Signals zu wechseln, und er kommuniziert mit den Mikrocontroller über den SPI-Bus.
